Вибродатчики, используемые в подсистеме ДИСК-К

Заключение

Использование систем иден­тификации подвижного состава является важной народнохозяй­ственной задачей для различных отраслей железнодорожного транспорта, актуальность кото­рой в современных условиях рез­ко возрастает. Наличие дистанционной функ­ции и автодиагностики основных узлов комплекса КТСМ и на­польных камер существенно сокращает эксплуатационные расходы. Определить работос­пособность аппаратуры любого линейного пункта можно дистан­ционно как с центрального по­ста, так и с линейного пункта. Выполнение на перегоне регла­ментных работ и устранение не­исправностей по факту электромехаником сведены до минимума.

5. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТОЧЕЧНЫХ ПУТЕВЫХ ДАТЧИКОВ СЧЕТА ОСЕЙ

Надежная работа СЖАТ, имеющих в своем составе дат­чики для счета осей (ДСО), во многом зависит от достовернос­ти первичной информации, по­ступающей от них. Например, ошибки в счете осей подвижного состава приводят к нарушению контроля теплового состояния букс в экс­плуатируемых сейчас системах ДИСК-Б, ПОНАБ и КТСМ. В настоящее время имеются различные схемные и кон­структивные решения ДСО, отличающиеся по используемым видам систем и методам обработки первичной информа­ции. В дальнейшем познакомимся с некоторыми видами ДСО [2, 8, 15, ].

5.1 Магнитный точечный датчик про­хода колес

В датчиках магнитного типа, информацион­ный сигнал формируется на основе эффекта электро­магнитной индукции. Сигнал дви­жения оси (биполярный импульс напряжения) возникает при пе­ремещении гребня колеса над датчиком. Импульс достаточно просто обрабатывается электронными устройствами системы (например, пороговыми) и отождествляется с проходом оси над датчиком. Амплитуда импульса падает с уменьшением скорости состава, и при остановках колеса над дат­чиком напряжение практически отсутствует, поэтому рассматриваемый, датчик имеет информационное ограничение по скоростному диапазону [16].

Датчик про­хода колес типа ПБМ-56, используемый в устройствах обнаружения перегретых букс и на сортировочных горках. Принцип действия датчика основан на наведении в катушке ЭДС индукции за счет изменения величины магнитного по­тока при проходе гребня колеса 4 (рисунке 20) в воздушном зазоре. Датчик состоит из кронштейна 1, катушки 2, постоянного магнита 3, скобы 6 и соединительного кабеля 8. С помощью кронштей­на, скобы и гайки 7 датчик крепится к подошве рельса 5. По­стоянный магнит установлен на кронштейне таким образом, что его поток замкнут через кронштейн, рельс и воздушный зазор между головкой рельса и одним из полюсов магнита.

Относительно простая конст­рукция датчика (магнит и обмот­ка) обусловливает его невысо­кую стоимость. К недостаткам датчиков маг­нитного типа можно отне­сти большие размеры, большое содержание меди и наличие сильного магнита. Это провоцирует вандализм и, в ко­нечном счете, увеличивает зат­раты на обслуживание.

В мо­мент приближения гребня колеса к зоне действия датчика магнитный поток в цепи увеличивается и достигает своего мак­симального значения, когда колесная пара находится над датчиком. При этом в катушке индуктивности наводится колоколообразный импульс напряжения. Когда гребень колеса удаляет­ся из зоны действия датчика, магнитный поток в цепи уменьша­ется и датчик вырабатывает импульс напряжения обратной полярности. Амплитуда и длительность выходных сигналов дат­чика определяются скоростью изменения магнитного потока, т. е. скоростью движения поезда. Нижний предел скорости движе­ния поезда, при котором сигналы с датчика превышают уровень наводок со­ставляет 5 км/ч.

Рисунок 20. Датчик прохода колес ПБМ-56

В магнитоиндукционном точечном путевом датчике используется генераторный первичный преобразователь, основанный на принципе электромагнитной индукции, закон которой выражается формулой

(5.1)

где – индуктируемая в катушке электродвижущая сила (ЭДС); – число витков в катушке; – магнитный поток пронизывающий витки катушки.

Вибродатчик является виброизмерительным пpеобpазователем инерционного действия с пьезоэлектрическим чувствительным элементом, работающим в режиме акселерометра. Амплитуда электрического сигнала на вы­ходе акселерометра прямо пропорциональна амплитуде ускорения рельса, к ко­торому крепится вибродатчик [15].

Вибpодатчик состоит из двух основных частей: державки и акселеpометpа с соединительным радиочастотным коаксиальным кабелем. Принцип действия акселеpометpа основан на использовании прямого пьезо­эффекта, то есть свойства пьезокерамики генерировать элек­трический заряд под действием приложенной к пьезоэлементам механической силы.

При установке вибpодатчика на подошву рельса корпус акселеpометpа будет воспринимать вибрацию рельса. Если, например, корпус будет перемещаться вверх, то, вследствие стремления инерционного груза сохранить состояние покоя, пьезоэлементы под действием силы F = ma (где m - масса инерционного груза; a - ускорение рельса) будут сжиматься. Возникающий при этом на электродах пьезоэлементов электрический заряд Q пропорционален ам­плитуде ускорения. Напряжение U на входе виброизмерительного усилителя прямо пропорционально заряду Q и обратно пропорционально электрической ем­кости С, равной сумме емкостей акселерометpа с выводным кабелем С_а, внеш­него соединительного кабеля С _к и входной цепи согласующего усилителя С _у

, (5.2)

где - пьезомодуль керамики ЦТС-19.

Коэффициент преобразования акселерометpа по напряжению равен

, (5.3)

где и - соответственно пиковые значения напряжения на выходе аксе­лерометpа и ускорения (в единицах g - ускорение свободного падения, g = 9.8 м/с²), вызвавшего появление сигнала напряжением U _п.

Таким образом, напряжение сигнала на выходе акселеpометpа будет:

, мВ, (5.4)

Так как акселеpометp соединяется с виброизмерительным усилителем, имеющим входную емкость С _у, дополнительным коаксиальным кабелем с погонной емкостью С _к, то коэффициент преобразования акселеpометpа, приведенный ко входу ВИУ, можно определить по формуле:

, (5.5)

где - собственная емкость акселерометра с инвентарным соединительным кабелем (с которым производилась его калибровка), пФ; - погонная емкость дополнительного кабеля, пФ/м; - емкость входной цепи усилителя (масштабного конденсатора, шун­тирующего вход согласующего усилителя), пФ.

Из приведенных формул видно, что для обеспечения высокой чувствитель­ности виброизмерительного тракта необходимо стремиться к уменьшению длины соединительных кабелей и емкости масштабного конденсатора.

Виброизмерительный усилитель предназначен для масштабного усиления сигналов вибродатчиков (пьезоакселерометров), пропорциональных ускорениям рельсов, двухкратного интегрирования этих сигналов для получения вспомога­тельного сигнала, пропорционального виброперемещениям рельсов, и форми­рования выходного диагностического сигнала по максимальному значению (модулю) виброускорений или виброперемещений рельсов при динамическом воздействии их с дефектным колесом.

Если при ударе колеса с ползуном глубиной 1,0 мм возни­кают ускорения рельса порядка 200 (для грузового вагона в зимних условиях), то на входе согласующего усилителя будет сигнал амплитудой 0,6÷1,8 В в зависимо­сти от коэффициента преобразования акселерометров, подобранных в ком­плект ДИСК-К.

Дата добавления: 2014-12-16